مبدأ وتطبيق العاكس الشمسي

في الوقت الحاضر، نظام توليد الطاقة الكهروضوئية في الصين هو في الأساس نظام تيار مستمر، وهو يقوم بشحن الطاقة الكهربائية المولدة من البطارية الشمسية، وتقوم البطارية بتزويد الحمل بالطاقة مباشرة. على سبيل المثال، نظام الإضاءة المنزلية بالطاقة الشمسية في شمال غرب الصين ونظام إمداد الطاقة لمحطة الميكروويف بعيدًا عن الشبكة كلها نظام تيار مستمر. هذا النوع من النظام له بنية بسيطة ومنخفضة التكلفة. ومع ذلك، نظرًا لاختلاف جهود تحميل التيار المستمر (مثل 12 فولت، 24 فولت، 48 فولت، وما إلى ذلك)، فمن الصعب تحقيق التوحيد القياسي والتوافق للنظام، خاصة بالنسبة للطاقة المدنية، حيث يتم استخدام معظم أحمال التيار المتردد مع طاقة التيار المستمر . من الصعب على مصدر الطاقة الكهروضوئية توفير الكهرباء لدخول السوق كسلعة. بالإضافة إلى ذلك، سيحقق توليد الطاقة الكهروضوئية في نهاية المطاف عملية متصلة بالشبكة، والتي يجب أن تعتمد نموذج السوق الناضج. في المستقبل، سوف تصبح أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية AC هي التيار الرئيسي لتوليد الطاقة الكهروضوئية.
متطلبات نظام توليد الطاقة الكهروضوئية لإمدادات الطاقة العاكسة

يتكون نظام توليد الطاقة الكهروضوئية الذي يستخدم خرج طاقة التيار المتردد من أربعة أجزاء: المصفوفة الكهروضوئية، وحدة التحكم في الشحن والتفريغ، والبطارية والعاكس (يمكن لنظام توليد الطاقة المتصل بالشبكة حفظ البطارية بشكل عام)، والعاكس هو المكون الرئيسي. الطاقة الكهروضوئية لديها متطلبات أعلى للعاكسات:

1. مطلوب كفاءة عالية. نظرا لارتفاع أسعار الخلايا الشمسية في الوقت الحاضر، من أجل تحقيق أقصى استفادة من الخلايا الشمسية وتحسين كفاءة النظام، فمن الضروري محاولة تحسين كفاءة العاكس.

2. مطلوب موثوقية عالية. في الوقت الحاضر، تُستخدم أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية بشكل رئيسي في المناطق النائية، والعديد من محطات الطاقة لا تتم مراقبتها وصيانتها. يتطلب ذلك أن يكون لدى العاكس هيكل دائرة معقول، واختيار صارم للمكونات، ويتطلب أن يكون لدى العاكس وظائف حماية مختلفة، مثل حماية اتصال قطبية الإدخال DC، وحماية الدائرة القصيرة لإخراج التيار المتردد، والسخونة الزائدة، والحماية من الحمل الزائد، وما إلى ذلك.

3. مطلوب جهد إدخال DC للحصول على نطاق واسع من التكيف. نظرًا لأن الجهد الطرفي للبطارية يتغير مع الحمل وشدة ضوء الشمس، على الرغم من أن البطارية لها تأثير مهم على جهد البطارية، فإن جهد البطارية يتقلب مع تغير سعة البطارية المتبقية والمقاومة الداخلية. خاصة عندما تكون البطارية قديمة، فإن جهدها الطرفي يختلف بشكل كبير. على سبيل المثال، يمكن أن يختلف الجهد الطرفي لبطارية 12 فولت من 10 فولت إلى 16 فولت. وهذا يتطلب أن يعمل العاكس عند تيار مستمر أكبر. ضمان التشغيل العادي ضمن نطاق جهد الإدخال وضمان استقرار جهد خرج التيار المتردد.

4. في أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية ذات السعة المتوسطة والكبيرة، يجب أن يكون خرج مصدر الطاقة العاكس عبارة عن موجة جيبية مع تشويه أقل. وذلك لأنه في الأنظمة ذات السعة المتوسطة والكبيرة، إذا تم استخدام طاقة الموجة المربعة، فسوف يحتوي الإخراج على المزيد من المكونات التوافقية، وسوف تولد التوافقيات الأعلى خسائر إضافية. يتم تحميل العديد من أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية بمعدات الاتصالات أو الأجهزة. المعدات لديها متطلبات أعلى على جودة شبكة الطاقة. عندما يتم توصيل أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية ذات السعة المتوسطة والكبيرة بالشبكة، من أجل تجنب تلوث الطاقة بالشبكة العامة، يكون العاكس مطلوبًا أيضًا لإخراج تيار موجة جيبية.

يقوم العاكس بتحويل التيار المباشر إلى تيار متناوب. إذا كان جهد التيار المباشر منخفضًا، يتم تعزيزه بواسطة محول تيار متردد للحصول على جهد وتردد تيار متناوب قياسي. بالنسبة للمحولات ذات السعة الكبيرة، نظرًا لجهد ناقل التيار المستمر العالي، لا يحتاج خرج التيار المتردد بشكل عام إلى محول لتعزيز الجهد إلى 220 فولت. في المحولات ذات السعة المتوسطة والصغيرة، يكون جهد التيار المستمر منخفضًا نسبيًا، مثل 12 فولت، أما بالنسبة لـ 24 فولت، فيجب تصميم دائرة تعزيز. تشتمل العاكسات ذات السعة المتوسطة والصغيرة عمومًا على دوائر عاكسة للدفع والسحب، ودوائر عاكسة كاملة الجسر، ودوائر عاكسة معززة عالية التردد. تقوم دوائر الدفع والسحب بتوصيل القابس المحايد لمحول التعزيز بمصدر الطاقة الموجب، وأنبوبي طاقة يعملان بالتناوب، ويخرجان طاقة التيار المتردد، نظرًا لأن ترانزستورات الطاقة متصلة بالأرض المشتركة، فإن دوائر القيادة والتحكم بسيطة، ولأن يحتوي المحول على محاثة تسرب معينة، ويمكن أن يحد من تيار الدائرة القصيرة، وبالتالي تحسين موثوقية الدائرة. العيب هو أن استخدام المحولات منخفض والقدرة على دفع الأحمال الحثية ضعيفة.
تتغلب دائرة العاكس ذات الجسر الكامل على عيوب دائرة الدفع والسحب. يقوم ترانزستور الطاقة بضبط عرض نبضة الخرج، وتتغير القيمة الفعالة لجهد التيار المتردد الناتج وفقًا لذلك. نظرًا لأن الدائرة تحتوي على حلقة حرة، حتى بالنسبة للأحمال التحريضية، فلن يتم تشويه شكل موجة جهد الخرج. عيب هذه الدائرة هو أن ترانزستورات الطاقة للأذرع العلوية والسفلية لا تشترك في الأرض، لذلك يجب استخدام دائرة قيادة مخصصة أو مصدر طاقة معزول. بالإضافة إلى ذلك، من أجل منع التوصيل المشترك لأذرع الجسر العلوي والسفلي، يجب تصميم الدائرة بحيث يتم إيقاف تشغيلها ثم تشغيلها، أي أنه يجب تحديد وقت ميت، ويكون هيكل الدائرة أكثر تعقيدًا.

يجب أن يضيف خرج دائرة الدفع والسحب ودائرة الجسر الكامل محولًا تصاعديًا. نظرًا لأن المحول التصاعدي كبير الحجم ومنخفض الكفاءة وأكثر تكلفة، مع تطور إلكترونيات الطاقة وتكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة، يتم استخدام تقنية التحويل التصاعدي عالي التردد لتحقيق العكس، ويمكنه تحقيق عاكس عالي الكثافة للطاقة. دائرة تعزيز المرحلة الأمامية لدائرة العاكس هذه تعتمد هيكل الدفع والسحب، لكن تردد العمل أعلى من 20 كيلو هرتز. يعتمد محول التعزيز مادة أساسية مغناطيسية عالية التردد، لذلك فهو صغير الحجم وخفيف الوزن. بعد الانقلاب عالي التردد، يتم تحويله إلى تيار متناوب عالي التردد من خلال محول عالي التردد، ومن ثم يتم الحصول على تيار مباشر عالي الجهد (أعلى بشكل عام 300 فولت) من خلال دائرة مرشح مقوم عالي التردد، ثم يتم قلبه من خلال دائرة محول تردد الطاقة.

مع هيكل الدائرة هذا، يتم تحسين قوة العاكس بشكل كبير، ويتم تقليل فقدان عدم التحميل للعاكس بشكل مماثل، ويتم تحسين الكفاءة. عيب الدائرة هو أن الدائرة معقدة والموثوقية أقل من الدائرتين المذكورتين أعلاه.

دائرة التحكم لدائرة العاكس

يجب تحقيق جميع الدوائر الرئيسية للعاكسات المذكورة أعلاه بواسطة دائرة التحكم. بشكل عام، هناك طريقتان للتحكم: الموجة المربعة والموجة الإيجابية والضعيفة. إن دائرة إمداد الطاقة العاكس ذات خرج الموجة المربعة بسيطة ومنخفضة التكلفة ولكنها منخفضة الكفاءة وكبيرة في المكونات التوافقية. . إخراج الموجة الجيبية هو اتجاه تطوير العاكسات. مع تطور تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة، ظهرت أيضًا المعالجات الدقيقة ذات وظائف PWM. ولذلك، فقد نضجت تكنولوجيا العاكس لإخراج الموجة الجيبية.

1. تستخدم العاكسات ذات خرج الموجة المربعة حاليًا في الغالب دوائر متكاملة لتعديل عرض النبضة، مثل SG 3 525، TL 494 وما إلى ذلك. لقد أثبتت الممارسة أن استخدام الدوائر المتكاملة SG3525 واستخدام محولات الطاقة FETs كمكونات طاقة قابلة للتبديل يمكن أن يحقق أداءً عاليًا نسبيًا ومحولات سعرية. نظرًا لأن SG3525 لديه القدرة على قيادة قدرة FETs بشكل مباشر ولديه مصدر مرجعي داخلي ومضخم تشغيلي ووظيفة حماية الجهد المنخفض، لذا فإن دائرته الطرفية بسيطة جدًا.

2. الدائرة المتكاملة للتحكم في العاكس مع مخرج موجة جيبية، يمكن التحكم في دائرة التحكم للعاكس مع مخرج موجة جيبية بواسطة معالج دقيق، مثل 80 C 196 MC التي تنتجها شركة INTEL، وتنتجها شركة Motorola. MP 16 وPI C 16 C 73 من إنتاج شركة MI-CRO CHIP، وما إلى ذلك. تحتوي أجهزة الكمبيوتر ذات الشريحة الواحدة هذه على مولدات PWM متعددة، ويمكنها ضبط أذرع الجسر العلوي والعلوي. خلال الوقت الميت، استخدم 80 C 196 MC من شركة INTEL لتحقيق دائرة إخراج الموجة الجيبية، و80 C 196 MC لإكمال توليد إشارة الموجة الجيبية، واكتشاف جهد خرج التيار المتردد لتحقيق استقرار الجهد.

اختيار أجهزة الطاقة في الدائرة الرئيسية للعاكس

اختيار مكونات الطاقة الرئيسية للالعاكسمهم جدا. حاليًا، تشتمل مكونات الطاقة الأكثر استخدامًا على ترانزستورات دارلينجتون للطاقة (BJT)، وترانزستورات تأثير مجال الطاقة (MOS-F ET)، وترانزستورات البوابة المعزولة (IGB). T) وإيقاف الثايرستور (GTO)، وما إلى ذلك، الأجهزة الأكثر استخدامًا في أنظمة الجهد المنخفض ذات السعة الصغيرة هي MOS FET، نظرًا لأن MOS FET لديه انخفاض جهد أقل في الحالة وتردد تبديل IG BT أعلى بشكل عام تستخدم في أنظمة الجهد العالي والسعة الكبيرة. وذلك لأن المقاومة على الحالة لـ MOS FET تزداد مع زيادة الجهد، وتحتل IG BT في الأنظمة ذات السعة المتوسطة ميزة أكبر، بينما في الأنظمة ذات السعة الكبيرة جدًا (فوق 100 كيلو فولت أمبير)، تُستخدم GTOs بشكل عام كمكونات الطاقة.